[发明专利]一种农作物秸秆重金属离子吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农作物秸秆重金属离子吸附材料的制备方法，本发明制备的农作物秸秆重金属离子吸附材料适用于重金属离子的吸附分离，可广泛应用于重金属离子吸附、分离、提纯以及重金属离子环境污染治理等。

背景技术

随着全球工业化程度的提高，环境污染日趋严重，其中水污染严重影响了人们的生产生活，工业废水是水体主要的重金属污染源，许多工业过程，如电镀、制革、采矿、炼钢、染色等，会产生大量含重金属离子的废水，如Cd²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、As³⁺、Hg²⁺、Cr³⁺、Co²⁺和Co³⁺等，由于重金属不能被生物所降解，重金属离子的工业废水进入水体环境后，会引起水生生物中毒，并通过食物链在人体内富集，威胁到人体的健康，因此重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。含重金属离子废水的治理一直是人们关注的重点和难点，处理重金属离子废水的方法很多，各自存在优缺点，其中化学法处理电镀含锌废水具有投资少、处理技术易掌握的优点，缺点是消耗化工材料，产生的污泥不易排放；离子交换法处理量大，但树脂易受污染，操作费用高；吸附法虽吸附容量大，但吸附材料使用寿命短，须再生，操作费用高。因此，国内外学者都在探索和研究一种高效重金属离子脱除方法。近年来的研究结果表明高效低廉化学处理药剂的开发和使用，是解决重金属废水污染问题的良好途径。

高吸水树脂是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型功能高分子材料，树脂分子上含有大量的羟基、羧基、磺酸基和酰胺基，这些基团对重金属离子有很强的螯合作用。因此，高吸水性树脂不仅可以用作吸水保水材料，还可以用作金属离子的螯合剂，对重金属离子进行富集、分离和回收，高吸水树脂作为重金属离子吸附树脂的研究逐渐引起人们的关注。Pourjavadi等制备的卡拉胶/聚丙烯酸钠高吸水树脂对硝酸铜溶液的吸附容量达1.27mmol/g，醋酸铜溶液的吸附容量达14.8mmol/g，醋酸钴溶液的吸附容量达14.7mmol/g，Patel等采用微波辅助聚合制备的阳离子高吸水树脂对Ni²⁺和Cu²⁺的吸附容量分别高达688.58 and 376.62 mg/g，Roy等采用PEGDA为交联剂、氧化还原低温聚合制备了聚丙烯酸高吸水树脂，对Cr⁶⁺、Ni²⁺、Cu²⁺和 Pb²⁺的吸附容量分别为41.1、58.2、43.1和81.2 mg/g，Singh等采用水溶液聚合制备了聚丙烯酸/丙烯酰胺/腐植酸钠高吸水树脂，发现当Cu²⁺初始浓度为320和1000 mg/L，Cu²⁺吸附容量分别为269 mg/L和299 mg/L。Bulut等制备的膨润土复合高吸水树脂对Pb²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺和 Cu²⁺的吸附容量分别为666.67、270.27、416.67和222.22mg/g，Gü?lü等制备了淀粉接枝聚丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂，发现pH=4时对高吸水树脂Cu²⁺和Pb²⁺的吸附容量最大，且Cu²⁺吸附容量高于Pb²⁺。谢建军等利用水溶液聚合法制得聚丙烯酸吸水树脂对重金属离子有很好的络合性，一元金属离子溶液中平衡吸液倍率为160~190g/g，对单一的Pb²⁺的吸附容量最高可达187mg/g，平衡吸附量顺序为:Pb²⁺>Cd²⁺>Ni²⁺>Cu²⁺>Zn²⁺>Mn²⁺>Cr³⁺。。何明等对丙烯酸－丙烯酰胺高吸水性树脂在不同Cd²⁺浓度下的吸附性能进行了研究，发现吸附容量随Cd²⁺浓度增加先升高后降低，在Cd²⁺浓度为2-3mmol/L的范围内吸附容量最高为269.75mg/g。何明等对丙烯酸－丙烯酰胺高吸水性树脂在不同Cd²⁺浓度下的吸附性能进行了研究，吸附容量随Cd²⁺浓度增加先升高后降低，在Cd²⁺浓度为2-3mmol/L的范围内吸附容量最高为269.75mg/g。王品等发现离子浓度越大，丙烯酰胺型高吸水树脂对Cd²⁺、Cu²⁺和Ni²⁺的吸附量也越大，最大吸附量分别达到1.66 mmol/g、3.42 mmol/g和1.31 mmol/g。树脂在3种重金属离子的混合溶液中呈现一定的选择性吸附，吸附量大小依次为Cu²⁺>Cd²⁺>Ni²⁺。3种树脂吸附Cu²⁺后在1 mol/L的HCl溶液中解吸附3 min时，解吸附率分别达到98.62%、98.45%和83.87%。谢建军等以自制高岭土/木质素磺酸钠-g-丙烯酸-丙烯酰胺复合高吸水性树脂(KLPAAM)为原料，考察了树脂在重金属离子盐溶液中的吸液性能，发现金属离子溶液浓度、pH值显著影响KLPAAM复合高吸水树脂的吸液性能。余响林等探讨不同基团树脂对重金属离子吸附性能的影响，发现二元树脂对重金属离子吸附效果最好，树脂对单一重金属离子吸附能力的大小顺序为Cd²⁺>Cu²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺，最大吸附容量依次为331.80、182.82、165.79、23.89mg/g，其吸液性能依次为Pb²⁺> Ni²⁺> Cu²⁺> Cd²⁺。